2 Hasil Percobaan dan Pembahasan
2.1Lapisan epitaksialketebalan dan keseragaman
Ketebalan lapisan epitaksial, konsentrasi doping, dan keseragaman merupakan salah satu indikator inti untuk menilai kualitas wafer epitaksial. Ketebalan, konsentrasi doping, dan keseragaman yang dapat dikontrol secara akurat dalam wafer merupakan kunci untuk memastikan kinerja dan konsistensiPerangkat daya SiC, dan ketebalan lapisan epitaksial serta keseragaman konsentrasi doping juga merupakan dasar penting untuk mengukur kemampuan proses peralatan epitaksial.
Gambar 3 menunjukkan kurva keseragaman dan distribusi ketebalan 150 mm dan 200 mm.Wafer epitaksial SiC. Dapat dilihat dari gambar bahwa kurva distribusi ketebalan lapisan epitaksial simetris terhadap titik pusat wafer. Waktu proses epitaksial adalah 600 detik, ketebalan lapisan epitaksial rata-rata wafer epitaksial 150 mm adalah 10,89 um, dan keseragaman ketebalannya adalah 1,05%. Berdasarkan perhitungan, laju pertumbuhan epitaksial adalah 65,3 um/jam, yang merupakan tingkat proses epitaksial cepat yang khas. Di bawah waktu proses epitaksial yang sama, ketebalan lapisan epitaksial wafer epitaksial 200 mm adalah 10,10 um, keseragaman ketebalannya berada dalam 1,36%, dan laju pertumbuhan keseluruhan adalah 60,60 um/jam, yang sedikit lebih rendah dari laju pertumbuhan epitaksial 150 mm. Hal ini karena ada kehilangan yang jelas di sepanjang jalan ketika sumber silikon dan sumber karbon mengalir dari hulu ruang reaksi melalui permukaan wafer ke hilir ruang reaksi, dan area wafer 200 mm lebih besar dari 150 mm. Gas mengalir melalui permukaan wafer 200 mm untuk jarak yang lebih jauh, dan gas sumber yang dikonsumsi di sepanjang jalan lebih banyak. Di bawah kondisi wafer terus berputar, ketebalan keseluruhan lapisan epitaksial lebih tipis, sehingga laju pertumbuhan lebih lambat. Secara keseluruhan, keseragaman ketebalan wafer epitaksial 150 mm dan 200 mm sangat baik, dan kemampuan proses peralatan dapat memenuhi persyaratan perangkat berkualitas tinggi.
2.2 Konsentrasi dan keseragaman doping lapisan epitaksial
Gambar 4 menunjukkan keseragaman konsentrasi doping dan distribusi kurva 150 mm dan 200 mm.Wafer epitaksial SiCSeperti yang dapat dilihat dari gambar, kurva distribusi konsentrasi pada wafer epitaksial memiliki simetri yang jelas relatif terhadap bagian tengah wafer. Keseragaman konsentrasi doping dari lapisan epitaksial 150 mm dan 200 mm masing-masing adalah 2,80% dan 2,66%, yang dapat dikontrol dalam 3%, yang merupakan tingkat yang sangat baik untuk peralatan internasional yang serupa. Kurva konsentrasi doping dari lapisan epitaksial didistribusikan dalam bentuk "W" sepanjang arah diameter, yang terutama ditentukan oleh medan aliran tungku epitaksial dinding panas horizontal, karena arah aliran udara dari tungku pertumbuhan epitaksial aliran udara horizontal berasal dari ujung saluran masuk udara (hulu) dan mengalir keluar dari ujung hilir secara laminar melalui permukaan wafer; karena laju "penipisan sepanjang jalan" sumber karbon (C2H4) lebih tinggi daripada sumber silikon (TCS), saat wafer berputar, C/Si aktual pada permukaan wafer secara bertahap berkurang dari tepi ke tengah (sumber karbon di tengah lebih sedikit), menurut "teori posisi kompetitif" C dan N, konsentrasi doping di tengah wafer secara bertahap berkurang ke arah tepi, untuk mendapatkan keseragaman konsentrasi yang sangat baik, tepi N2 ditambahkan sebagai kompensasi selama proses epitaksial untuk memperlambat penurunan konsentrasi doping dari tengah ke tepi, sehingga kurva konsentrasi doping akhir menyajikan bentuk "W".
2.3 Cacat lapisan epitaksial
Selain ketebalan dan konsentrasi doping, tingkat pengendalian cacat lapisan epitaksial juga merupakan parameter inti untuk mengukur kualitas wafer epitaksial dan indikator penting dari kemampuan proses peralatan epitaksial. Meskipun SBD dan MOSFET memiliki persyaratan yang berbeda untuk cacat, cacat morfologi permukaan yang lebih jelas seperti cacat jatuh, cacat segitiga, cacat wortel, cacat komet, dll. didefinisikan sebagai cacat mematikan perangkat SBD dan MOSFET. Kemungkinan kegagalan chip yang mengandung cacat ini tinggi, sehingga mengendalikan jumlah cacat mematikan sangat penting untuk meningkatkan hasil chip dan mengurangi biaya. Gambar 5 menunjukkan distribusi cacat mematikan wafer epitaksial SiC 150 mm dan 200 mm. Di bawah kondisi tidak ada ketidakseimbangan yang jelas dalam rasio C/Si, cacat wortel dan cacat komet pada dasarnya dapat dihilangkan, sementara cacat jatuh dan cacat segitiga terkait dengan kontrol kebersihan selama pengoperasian peralatan epitaksial, tingkat pengotor bagian grafit di ruang reaksi, dan kualitas substrat. Dari Tabel 2, dapat dilihat bahwa kerapatan cacat fatal wafer epitaksial 150 mm dan 200 mm dapat dikontrol dalam 0,3 partikel/cm2, yang merupakan level yang sangat baik untuk jenis peralatan yang sama. Level kontrol kerapatan cacat fatal wafer epitaksial 150 mm lebih baik daripada wafer epitaksial 200 mm. Hal ini karena proses penyiapan substrat 150 mm lebih matang daripada 200 mm, kualitas substrat lebih baik, dan level kontrol pengotor ruang reaksi grafit 150 mm lebih baik.
2.4 Kekasaran permukaan wafer epitaksial
Gambar 6 menunjukkan gambar AFM permukaan wafer epitaksial SiC 150 mm dan 200 mm. Dapat dilihat dari gambar bahwa kekasaran akar kuadrat rata-rata permukaan Ra wafer epitaksial 150 mm dan 200 mm masing-masing adalah 0,129 nm dan 0,113 nm, dan permukaan lapisan epitaksial halus tanpa fenomena agregasi langkah makro yang jelas. Fenomena ini menunjukkan bahwa pertumbuhan lapisan epitaksial selalu mempertahankan mode pertumbuhan aliran langkah selama seluruh proses epitaksial, dan tidak terjadi agregasi langkah. Dapat dilihat bahwa dengan menggunakan proses pertumbuhan epitaksial yang dioptimalkan, lapisan epitaksial halus dapat diperoleh pada substrat sudut rendah 150 mm dan 200 mm.
3 Kesimpulan
Wafer epitaksial homogen 4H-SiC berukuran 150 mm dan 200 mm berhasil disiapkan pada substrat domestik menggunakan peralatan pertumbuhan epitaksial SiC berukuran 200 mm yang dikembangkan sendiri, dan proses epitaksial homogen yang cocok untuk berukuran 150 mm dan 200 mm telah dikembangkan. Laju pertumbuhan epitaksial dapat lebih besar dari 60 μm/jam. Sambil memenuhi persyaratan epitaksi berkecepatan tinggi, kualitas wafer epitaksial sangat baik. Keseragaman ketebalan wafer epitaksial SiC berukuran 150 mm dan 200 mm dapat dikontrol dalam 1,5%, keseragaman konsentrasi kurang dari 3%, kerapatan cacat fatal kurang dari 0,3 partikel/cm2, dan akar kuadrat rata-rata kekasaran permukaan epitaksial Ra kurang dari 0,15 nm. Indikator proses inti wafer epitaksial berada pada tingkat lanjut dalam industri.
Sumber: Peralatan Khusus Industri Elektronik
Penulis: Xie Tianle, Li Ping, Yang Yu, Gong Xiaoliang, Ba Sai, Chen Guoqin, Wan Shengqiang
(Institut Penelitian ke-48, Perusahaan Grup Teknologi Elektronik Tiongkok, Changsha, Hunan 410111)
Waktu posting: 04-Sep-2024